JPH0260958B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、分離型ヒートパイプ式熱交換器に係
り、特にそれの非凝縮性ガスの抜き出し構造に関
する。

例えば湿式脱硫装置では脱硫された排ガスは約
50℃の水分を多量に含む処理ガスとなり、このま
ま大気へ放出すると白煙を発生する。この白煙防
止策のひとつの方法として、湿式脱硫装置入口の
高温未処理ガスの排熱で湿式脱硫装置出口の低温
処理ガスを加熱するガス−ガス加熱方式が採用さ
れている。

このガス−ガス加熱方式の熱交換器としては、
従来より多管式、プレート式、蓄熱式などの熱交
換器が用いられていたが、これらに比べて熱回収
効果が優れていることから、近年、分離型ヒート
パイプ式熱交換器が有望視されている。

第１図は、従来の分離型ヒートパイプ式熱交換
器の概略構成図である。

高温ガスが流れる高温ガス通路９にはガスの流
れ方向に沿つて複数の蒸発管群１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄが配置され、これら蒸発管群１ａ〜１ｄ
の上部および下部はそれぞれ上、下ヘツダによつ
て互に連結されている。

一方、低温ガスが流れる低温ガス通路１０には
ガスの流れ方向に沿つて複数の凝縮管群２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄが配置され、これら凝縮管群２ａ
〜２ｄの上部および下部も同様に上、下ヘツダに
よつて互に連結されている。そして前記蒸発管群
１ａ〜１ｄの上部ヘツダと凝縮管群２ａ〜２ｄの
上部ヘツダが一本の蒸気連絡管３によつて連結さ
れ、また、蒸発管群１ａ〜〜１ｄの下部ヘツダと
凝縮管群２ａ〜２ｄの下部ヘツダとが一本の液連
絡管４によつて連結されて、全体として閉ループ
を構成している。図示していないがこの閉ループ
内には、水やアルコール類などからなる熱媒体が
所定量封入されている。

このような構造の熱交換器において、前記高温
ガス通路を流通する高温ガスによつて各蒸発管群
１ａ〜１ｄが加熱され、蒸発管群１ａ〜１ｄ内に
存在している液状の熱媒体が沸騰・蒸発する。

そしてその熱媒体蒸気７は蒸発管群１ａ〜１ｄ
の上部ヘツダに集められ、蒸気連絡管３を経て凝
縮管群２ａ〜２ｄの上部ヘツダに導かれて、各凝
縮管群２ａ〜２ｄに分流される。そして熱媒体蒸
気７は凝縮管群２ａ〜２ｄ内を通る間に、それら
の管壁を介して低温ガス通路を流れる低温ガスと
熱交換される。この熱交換器で熱媒体蒸気７は潜
熱を放出して凝縮管群２ａ〜２ｄの管壁内面で凝
縮し、生成した熱媒体凝縮液８は管壁を伝わつて
降下し下部ヘツダに集められる。集められた熱媒
体凝縮液８は液連絡管４を通つて蒸発管群１ａ〜
１ｄの下部ヘツダに導かれ、各蒸発管群１ａ〜１
ｄに分流される。このようにヒートパイプ式熱交
換器では、熱媒体の蒸発−凝縮サイクルを繰り返
すことにより高温部から低温部への熱輸送がなさ
れる。

ところでこのヒートパイプ式熱交換器では、管
壁に付着している空気、熱媒体の封入時に一緒に
入つてくる空気、熱媒体の劣化によつて発生する
非凝縮性ガス、あるいは管と熱媒体との反応によ
り生じる非凝縮性ガスなど各種の非凝縮性ガスが
熱媒体蒸気７とともに熱交換器内を移動する。

第２図は、熱交換器中の非凝縮性ガス濃度と凝
縮伝熱係数比との関係を示す特性図である。この
図から明らかなように非凝縮性ガス濃度が増大す
ると、それに反比例して凝縮伝熱係数は低下し、
熱交換器としての性能劣化を生じる。

そのためこの従来の熱交換器では、非凝縮性ガ
スは熱媒体蒸気７とともに運ばれ、凝縮管群２ａ
〜２ｄを通つたのち、液連絡管４の途中に設けら
れたガス分離管５に未凝縮の熱媒体蒸気７ととも
に入る。熱媒体蒸気７は大気冷却により凝縮し、
ガス分離管５の管壁を伝わつて流下するので非凝
縮性ガスのみを管上部に集めることができる。そ
して非凝縮性ガスが多くなると、放出バルブ６を
開いて放出除去する仕組になつている。

ところでこの熱交換器の凝縮管群２ａ〜２ｄに
おいて、管群下部ヘツダ付近の蒸気流速は、管群
入口の蒸気流速の１／Ｒである。但し式中Ｒは凝
縮管群２ａ〜２ｄでの放熱量／ガス分離管５での
放熱量である。通常Ｒ値は数百のため、凝縮管群
２ａ〜２ｄの下部ヘツダ付近の実蒸気流速は、数
cm／秒あるいはそれ以下の低流速となる。

そのため各管から均等に液連絡管４へ熱媒体蒸
気７を流すことができず、下部ヘツダの両端付近
では非凝縮性ガスを同伴した熱媒体蒸気７が溜ま
り、熱交換性能の低下を招く。

また各凝縮管群２ａ〜２ｄから液連絡管４への
蒸気流速も数cm／秒〜数十cm／秒となり、管群入
口および管群内の流動圧力損失に比べて極めて小
さい圧力損失しか生じない。その結果、各凝縮管
群２ａ〜２ｄ間の管群入口および管群内圧力損失
が管群出口圧力損失より大きい場合、例えば凝縮
管群２ａの管群入口および管群内圧力損失が凝縮
管群２ｂのそれより大きい場合、凝縮管群２ａの
管群出口から凝縮管群２ｂの管群出口を通つて凝
縮管群２ｂ内に熱媒体蒸気７が入り込む。そのた
め熱媒体蒸気７と一緒に非凝縮性ガスも入り込ん
で溜まり、熱交換性能の低下をきたす。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を
解消し、常に優れた熱交換性能が発揮できる分離
型ヒートパイプ式熱交換器を提供するにある。

要するに本発明は、複数の凝縮管群のうち少な
くとも一つの凝縮管群は、他の凝縮管群と上部ヘ
ツダで連結されておらず、当該凝縮管群への熱媒
体蒸気の供給は、他のの凝縮管群の管群出口から
下部ヘツダならびに当該凝縮管群の管群出口を通
つて行なわれ、当該凝縮管群に非凝縮性ガスが集
められるように構成されていることを特徴とする
ものである。

次に本発明の一実施例を第３図とともに説明す
る。

この実施例に係る熱交換器と前記第１図で説明
した従来の熱交換器と相違する点は、次の通りで
ある。すなわち、液連絡管４に接続していたガス
分離管５を複数の凝縮管群２ａ〜２ｄのうちで蒸
発管群１ａ〜１ｄから最も遠い凝縮管群２ｄの上
部に接続した。そしその凝縮管群２ｄは、他の凝
縮管群２ａ〜２ｃは上部ヘツダで連結されておら
ず、上部側は他の凝縮管群２ａ〜２ｃから独立し
ている。一方、当該凝縮管群２ｄの下部側は、従
来と同様に下部ヘツダによつて他の凝縮管群２ａ
〜２ｃと接続されている。

他の構成は従来と同様であるが、それらの説明
は省略する。

次に非凝縮性ガスの排出機構について説明す
る。

四つの蒸発管群１ａ〜１ｄで発生した熱媒体蒸
気７は非凝縮性ガスを同伴して蒸気連絡管３を通
り、三つの凝縮管群２ａ〜２ｃにそれぞれ分流さ
れて入る。そして熱媒体蒸気７のうち四分の三は
これら凝縮管群２ａ〜２ｃで凝縮され、残りの四
分の一の熱媒体蒸気７は非凝縮性ガスと共に各凝
縮管群２ａ〜２ｃの管群出口から出る。出た熱媒
体蒸気７は下部ヘツダを通り、端部にある凝縮管
群２ｄの管群出口から管群内に入り、熱媒体蒸気
７は凝縮されて生成した熱媒体凝縮液８は管内を
流下して非凝縮性ガスと分離される。この分離で
管群内の非凝縮性ガスの濃度が次第に高まり、ガ
ス分離管５に集められ、所定のガス圧力になると
ガス放出バルブ６を開いて放出される。

この実施例では一つの凝縮管群２ｄを非凝縮性
ガスの集気用に使つたが、本発明はこれに限られ
るものではなく、例えば両端の凝縮管群２ａと２
ｄを非凝縮性ガスの集気用に使用することもでき
る。

本発明は前述のように、複数の凝縮管群を非凝
縮性ガス集気用とそうではない本来の凝縮用とに
分けた。そのため後者の管群下部における蒸気流
速は十分大きく、従つて管群出口における圧力損
失は管群入口における各管群間の圧力損失差より
大きくとれる。このために圧力損失の小さい管群
への非凝縮性ガスの滞留はなく、非凝縮性ガスは
すべて前者の非凝縮性ガス集気用の凝縮管群に集
められ、そのため熱交換性能の優れた分離型ヒー
トパイプ式熱交換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の分離型ヒートパイプ式熱交換器
の概略構成図、第２図は非凝縮性ガスと凝縮伝熱
係数比との関係を示す特性図、第３図は本発明の
実施例に係る分離型ヒートパイプ式熱交換器の概
略構成図である。 １ａ〜１ｄ……蒸発管群、２ａ〜２ｄ……凝縮
管群、３……蒸気連絡管、４……液連絡管、５…
…ガス分離間、６……ガス放出バルブ、７……熱
媒体蒸気、８……熱媒体凝縮液、９……高温ガス
通路、１０……低温ガス通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高温ガス通路に複数の蒸発管群を、低温ガス
   通路に複数の凝縮管群をそれぞれ配置し、これら
   蒸発管群と凝縮管群とを上、下ヘツダおよび連絡
   管によつて接続して閉ループを形成し、この閉ル
   ープ内で熱媒体の蒸発と凝縮とを繰り返すことに
   より熱交換を行なうものにおいて、前記複数の凝
   縮管群のうちの少なくとも一つの凝縮管群は、他
   の凝縮管群と上部ヘツダで連結されておらず、当
   該凝縮管群への熱媒体蒸気の供給は、他の凝縮管
   群の管群出口から下部ヘツダならびに当該凝縮管
   群の管群出口を通つて行なわれ、当該凝縮管群に
   非凝縮性ガスが集められるように構成されている
   ことを特徴とする分離型ヒートパイプ式熱交換
   器。